【正文】 ...............................................29第1章 產(chǎn)品要求及方案選擇 設(shè)計(jì)的目的通過制作簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表，加深對(duì)所學(xué)專業(yè)知識(shí)的認(rèn)識(shí)，提高分析、解決工程實(shí)際問題的能力，提高對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用能力，提高收集文獻(xiàn)、資料的能力，從而達(dá)到綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試的能力。A/D轉(zhuǎn)換模塊：方案一: A/D轉(zhuǎn)換器采用ICL7107型三位半顯示的芯片，輸入信號(hào)，流經(jīng)取樣電路取樣后送到ICL7107型三位半A/D轉(zhuǎn)換器，只需要很少的簡(jiǎn)單外圍元件，就可組成數(shù)字電流表模塊，直接驅(qū)動(dòng)三位半LED顯示器顯示，最后輸入電流在顯示部分顯示。所以不采用此方案。它是具有8路模擬量輸入、8位數(shù)字量輸出功能的A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs，模擬輸入電壓范圍為0V～+5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)，功耗低，約15mW。接口模塊：方案一：使用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，采用譯碼芯片CD4543作為接口芯片，這種方案能實(shí)現(xiàn)功能，但穩(wěn)定性不高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。此方案各類功能易于實(shí)現(xiàn)，成本低、功耗低，顯示穩(wěn)定。: 數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)框圖第2章 主要元件介紹 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809 ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，它可以和微型計(jì)算機(jī)直接接口。 ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖21 ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)及引腳圖ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖21所示。地址鎖存與譯碼電路完成對(duì)A、B、C三個(gè)地址位進(jìn)行鎖存與譯碼，如表21所示。(1)IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入通道。這3根地址線用于對(duì)8路模擬通道的選擇，其譯碼關(guān)系如表11所示。(3)ALE：地址鎖存允許信號(hào)。(4)START：轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。本信號(hào)有時(shí)簡(jiǎn)寫為ST。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。 (6)OE：輸出允許信號(hào)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。(8)EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。使用中該狀態(tài)信號(hào)即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。 (10)Vref：參考電壓。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V, Vref()=0V)。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。下降沿啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。AT89S51片內(nèi)含有4k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部 RAM，32個(gè)I/O 口線，看門狗(WDT)，兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè)16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器,一個(gè)5向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。空閑方式停止CPU的工作，但允許 RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89S51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。） 主要性能參數(shù)與MCS51產(chǎn)品指令系列完全兼容；4K字節(jié)在系統(tǒng)編程(ISP)Flash閃速存儲(chǔ)器；1000次擦寫周期；～ V工作電壓范圍；全靜態(tài)工作模式：0Hz～33MHz；三級(jí)程序加密鎖；128字節(jié)內(nèi)部RAM；32個(gè)可編程I/O口線；2個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器；6個(gè)中斷源；圖22 AT89S51芯片內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)圖全雙工串行UART通道；低工耗空閑和掉電模式；中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng)；看門狗(WDT)及雙數(shù)據(jù)指針；掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性；靈活的在系統(tǒng)編程(ISP字節(jié)或頁寫模式)。圖23 AT89S51的引腳圖 鎖存芯片SN74LS37374LS373是八D鎖存器(3S,鎖存允許輸入有回環(huán)特性) ，常應(yīng)用在地址鎖存及輸出口的擴(kuò)展中。74LS373內(nèi)有8個(gè)相同的D型(三態(tài)同相)鎖存器，由兩個(gè)控制端(11腳G或EN；1腳OUT、CONT、OE)控制。74LS373的輸出端O0~O7可直接與總線相連。當(dāng)OE為高電平時(shí)，O0~O7呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。 當(dāng)鎖存允許端LE為高電平時(shí)，O隨數(shù)據(jù)D而變。（其引腳圖如圖24所示。它是一個(gè)共陽極的數(shù)碼管。1，2，3，4引腳端為其位選端，用于接收AT89S51的P3口產(chǎn)生的位選碼。該電路通過ADC0809芯片采樣輸入口IN0輸入的0～5 V的模擬量電壓，經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字量經(jīng)過其輸出通道D0～D7傳送給AT89S51芯片的P0口。同時(shí)它還通過其三位I/、控制數(shù)碼管的亮滅。其ALE管腳為ADC0809提供了1MHz工作的時(shí)鐘脈沖；(ALE)；(START)；(OE)；(EOC)。采用220V的工頻交流電壓，而單片機(jī)的工作電壓是直流+5V，為此，先通過一個(gè)普通的變壓器降低電壓，再通過橋式整流，然后再通過7805芯片的進(jìn)一步穩(wěn)壓，確保+5V電源的穩(wěn)定、可靠。它的內(nèi)部含有限流保護(hù)、過熱保護(hù)和過壓保護(hù)電路，采用了噪聲低、溫度漂移小的基準(zhǔn)電壓源，工作穩(wěn)定可靠。通過整流濾波以后輸出直流電壓，為了確保整個(gè)電路能正常工作，考慮到不接負(fù)載或電源電壓有波動(dòng)時(shí)電容能承受的耐壓，必須加電容。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，目前不同廠家已經(jīng)生產(chǎn)出了多種型號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的需要。目前最常用的是雙積分和逐次逼近式。單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)有兩種產(chǎn)生方式，即內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。在該圖中，電容C1和C2取20PF，晶體的振蕩頻率取12MHz,晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也高，單片機(jī)運(yùn)行速度也就快。當(dāng)單片機(jī)一上電，立即復(fù)位。復(fù)位也是使單片機(jī)退出低功耗工作方式而進(jìn)入正常狀態(tài)的一種操作。單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)有兩種產(chǎn)生方式，即內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。在該圖中，電容C1和C2取20PF，晶體的振蕩頻率取12MHz,晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也高，單片機(jī)運(yùn)行速度也就快。它是一個(gè)共陽極的數(shù)碼管，每一位數(shù)碼管的a,b,c,d,e,f,g和dp端都各自連接在一起，用于接收AT89S51的P1口產(chǎn)生的顯示段碼。本系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)掃描方式。CUP從字段輸出口送出字型碼時(shí)，所有數(shù)碼管接收到相同的字型碼，但究竟是哪個(gè)數(shù)碼管亮，則取決于COM端。在輪流點(diǎn)亮數(shù)碼管的位掃描過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間極為短暫。動(dòng)態(tài)方式的優(yōu)點(diǎn)是十分明顯的，即耗電省，在動(dòng)態(tài)掃描過程中，任何時(shí)刻只有一個(gè)數(shù)碼管是處于工作狀態(tài)的。 繼電器S控制100∶1衰減器是否接入。它們?cè)诳刂菩盘?hào)的作用下，形成不同的通、斷組態(tài)， 1V，10V，100V，1000V五個(gè)量程狀態(tài)及自測(cè)試狀態(tài)?！　　⊥瑫r(shí)繼電器開關(guān)S吸合，使100∶1衰減器接入，此時(shí)　　　 Uomax ＝100 1 100 +9+1 9+1 ＝V（5）1 000V量程 ： 繼電器S吸合，100∶1衰減器接入；VT７，VT9導(dǎo)通，　　　放大電路被接成跟隨器，并使輸出再經(jīng)分壓，此時(shí)　　　Uomax ＝ 1000 1 ／100 (9+1) ／ (+9+1) ＝ V 由上述計(jì)算可見，送入A/D轉(zhuǎn)換器的輸入規(guī)范電壓為0V～。 　當(dāng)VT5，VT6，VT8導(dǎo)通，S吸合時(shí)， 電路組態(tài)為自測(cè)試狀態(tài)。儀器在自診斷時(shí)測(cè)量該電壓， 并與存儲(chǔ)的數(shù)值相比較；若兩者之差在 6％內(nèi)， 即認(rèn)為放大器工作正常。準(zhǔn)備工作做好后便啟動(dòng)ADC0809對(duì)IN0腳輸入進(jìn)的0～5V電壓模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的0～255十進(jìn)制數(shù)字量。整個(gè)主程序就是在A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理及顯示程序循環(huán)執(zhí)行。